JPH0987083A - 単結晶引き上げ方法 - Google Patents

単結晶引き上げ方法

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JPH0987083A
JPH0987083A JP7253450A JP25345095A JPH0987083A JP H0987083 A JPH0987083 A JP H0987083A JP 7253450 A JP7253450 A JP 7253450A JP 25345095 A JP25345095 A JP 25345095A JP H0987083 A JPH0987083 A JP H0987083A
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俊行 山本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶を引き上げる場合、変形率を許容範囲
内に抑えつつ、OSFの密度を減少させることが難し
く、品質、生産性の向上を図ることが困難であった。 【解決手段】 前回バッチの単結晶Sn-1 の各部位にお
ける真円からのずれ(変形率εn-1(Li))を求め、この
ずれが許容範囲内に納まると共に、OSF密度が小さく
なるよう、できるだけ速い速度で引き上げられるように
前回バッチの引き上げ速度パターンfpn-1( Li)を更新
(fpn( Li))して単結晶Sn を引き上げる単結晶の引
き上げ方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶引き上げ方法
に関し、より詳細には、チョクラルスキー法(以下、C
Z法と記す)等を用い、例えば半導体材料として使用さ
れる単結晶シリコンを、酸化誘起積層欠陥密度が低く、
かつ変形率が少なくなるように引き上げる単結晶引き上
げ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体材料として使用される単結晶シリ
コンを引き上げる方法には種々の方法があるが、その一
つにCZ法がある。CZ法は引き上げ軸の先端に取り付
けられた種結晶を坩堝内に充填したシリコン結晶用原料
の溶融液表面に接触させた後、前記引き上げ軸を所定速
度で引き上げてゆくことにより、前記溶融液を凝固させ
て水平断面が円形状の単結晶シリコンを成長させる方法
である。
【0003】しかしながらCZ法においては、引き上げ
られる単結晶シリコンの断面形状が変動し易く、このよ
うな単結晶シリコンから切り出されたウエハでは、形状
不良のために不良品となったり、外径の削除部分が多い
ために歩留りが低下し易いという問題があった。この問
題に対処するため、溶融液と引き上げられる単結晶シリ
コンとの界面に形成されるフュージョンリングの位置を
測定して前記単結晶シリコンの直径を求める光学的検知
手段と、回転しつつ引き上げられる前記単結晶シリコン
の回転角を検出する回転角検出手段と、PID制御によ
り引き上げ速度、坩堝上昇速度、溶融液の温度等の制御
因子にフィードバックを掛ける制御手段とを備えた単結
晶引き上げ装置が提案されている(特開昭57−156
397号公報)。この装置の場合、所定の角度位置での
径をフィードバックすることにより、単結晶の真円から
のずれの分の制御因子への影響がなくなり、この表面に
おける不純物濃度の局部的不均一(成長縞)の発生が抑
制される。
【0004】また、引き上げられた単結晶シリコンの品
質を評価する項目の一つとして、酸化誘起積層欠陥(Ox
idation induced Stacking Fault: 以下、OSFと記
す)の密度がある。このOSFは引き上げ中の単結晶シ
リコンに固溶した酸素が、引き上げ後に施す酸化熱処理
の際に酸化物として析出し、これが原因で生じる積層欠
陥のことを称している。このOSF密度の減少を図るた
め、速い速度で単結晶を引き上げる方法が開示されてい
る(特開平1−192795号公報)。この方法では、
引き上げ速度Vとこの引き上げ速度の変動幅dとの比
(V/d)を1.8以上に設定して単結晶シリコンを速
く引き上げている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した特開昭57−
156397号に開示された装置においては、OSFの
密度の低下に関する考慮がなされておらず、この装置を
用いて引き上げた場合、単結晶シリコン中のOSFの密
度を減少することが難しいという問題があった。
【0006】また、上記した特開平1−192795号
に開示された方法においては、真円からのずれ(以下、
これを変形率と記す)の増加に関する考慮がなされてお
らず、単結晶シリコンの水平断面形状が変形し易く、引
き上げ後にウエハから採取し得るチップの個数が減少し
たり、あるいは前記ウエハを削って外径を揃える必要が
あり、歩留りが低下し易い。またCZ法に用いる装置の
性能、引き上げる単結晶の種別等が異なった際、上記設
定値を用いた方法では対応することが困難であるという
問題があった。
【0007】また前記変形率は引き上げ速度により大き
く影響を受けるが、これ以外にも溶融液の温度、坩堝や
引き上げ軸の回転速度、溶解装置の経時的変化等が複雑
に影響し合っており、OSFの密度と変形率とを同時に
制御するのは困難であった。
【0008】このように従来の単結晶引き上げ方法で
は、引き上げ速度を速くするとOSFの密度は減少する
一方、変形率が大きくなるおそれがあり、この結果、実
際的には安全係数を加味して比較的遅い速度で引き上げ
ざるを得ず、OSFの密度が大きくなり易く、単結晶シ
リコンの品質が低下すると共に、生産性も劣り、コスト
が高くつくという課題があった。
【0009】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、引き上げ速度のみを制御して変形率を許容範
囲内に抑えつつ、OSFの密度を可能な限り減少させる
ことができ、制御が簡単になると共に、単結晶の品質や
歩留り、生産性の向上を図り、コストを削減することが
できる単結晶引き上げ方法を提供することを目的として
いる。
【0010】
【課題を解決するための手段及び効果】以下に記述する
用語は、下記の表1に示したように定義する。
【0011】
【表1】
【0012】上記変形率εは下記の数1に示したように
引き上げ速度fp mm/minと引き上げ率L%との関
数で表わされる。
【0013】
【数1】ε=f(fp ,L)(%) 数1式の両辺を引き上げ速度fp で微分すると、下記の
数2に示した引き上げ速度の感度式が求められることと
なる。
【0014】
【数2】
【0015】すると、各引き上げ率Li に関する今回引
き上げる前に設定・更新した引き上げ速度パターンfpn
(Li)は下記の数3により求められることとなる。
【0016】
【数3】fpn(Li)=fpn-1 (Li)+GSET(Li)×α
SET(Li)×(εO −εn-1(Li)) ただし、下記の数4で示される感度αSET(Li)は設定変
形率εO(Li)近傍における変形率に対する引き上げ速度
の感度の値を採用するものとする。
【0017】
【数4】
【0018】一方、各引き上げ率L%に関する引き上げ
中に設定・補正する引き上げ速度パターンfpn(Li)′
は下記の数5により求められることとなる。
【0019】
【数5】fpn(Li)′=fpn(Li)+GON(Li)×αON
(Li)×(εO(Li)−εn(Li)) ただし、fpn(Li)は数3で求めた今回引き上げる前に
設定した引き上げ速度パターンであり、また下記の数6
で示される感度αON (Li)は設定変形率εO 近傍におけ
る変形率に対する引き上げ速度の感度の値を採用するも
のとする。
【0020】
【数6】
【0021】上記目的を達成するため、本発明に係る単
結晶引き上げ方法は、坩堝内の溶融液から単結晶を引き
上げる単結晶引き上げ方法において、前回バッチの単結
晶の各部位における真円からのずれを求め、該ずれが許
容範囲内に納まると共に、OSF密度が小さくなるよ
う、できるだけ速い速度で引き上げられるように前記前
回バッチの引き上げ速度パターンを更新して単結晶を引
き上げることを特徴としている(1)。
【0022】上記した単結晶引き上げ方法(1)によれ
ば、すでに引き上げられた単結晶Sn-1 の最大直径と最
小直径とを測定し、((最大直径−最小直径)/最小直
径)×100(%)で表わされる変形率εn-1(Li)を求
め、該変形率εn-1(Li)が許容範囲内に納まると共に、
できるだけ速い速度で引き上げられるように前バッチの
単結晶Sn-1 の引き上げ時に用いた引き上げ速度パター
ンfpn-1(Li)を更新して今回の単結晶Sn を引き上げ
ており、所定値に設定した設定変形率εO(Li)、ゲイン
SET(Li)及び感度αSET(Li)と、前記すでに引き上げ
られた単結晶Sn-1 の変形率εn-1(Li)とを上記数3に
代入すると、新たに引き上げ速度パターンfpn(Li)が
設定される。このため、引き上げる単結晶Sn の変形率
εn(Li)が設定変形率εO(Li)に近付くように修正され
ると共に、この変形率εn(Li)を満足する最も速い引き
上げ速度パターンfnp( Li)により単結晶Sn が引き上
げられることとなる。この結果、OSFの密度を減少さ
せると共に、変形率εn(Li)の変動を少なくすることが
でき、歩留りや生産性の向上とコストの削減とを図るこ
とができる。
【0023】また本発明に係る単結晶の成長方法は、坩
堝内の溶融液から単結晶を引き上げる単結晶引き上げ方
法において、単結晶の引き上げ速度パターンを予め設定
しておき、単結晶の引き上げ中に該単結晶の最大直径と
最小直径とを1次元カメラまたは2次元カメラを用いて
測定し、各部位における真円からのずれを求め、該ずれ
が許容範囲内に納まると共に、OSF密度が小さくなる
よう、できるだけ速い速度で引き上げられるように前記
引き上げ速度パターンを順次補正しつつ前記単結晶を引
き上げることを特徴としている(2)。
【0024】上記した単結晶引き上げ方法(2)によれ
ば、今回引き上げる単結晶Sn の引き上げ速度パターン
pn( Li)を予め求めておき、前記単結晶Sn の引き上
げ中に該単結晶Sn の最大直径と最小直径とを1次元カ
メラまたは2次元カメラを用いて測定し、((最大直径
−最小直径)/最小直径)×100(%)で表わされる
変形率εn(L1)、εn(L2)、…を求め、該変形率εn(L
1)、εn(L2)、…が許容範囲内に納まると共に、できる
だけ速い速度で引き上げられるように前記引き上げ速度
パターンfpn( Li)を順次補正して単結晶Sn を引き上
げており、所定値に設定した設定変形率εO(Li)、ゲイ
ンGON( Li)及び感度αON(Li)と、前記単結晶Sn
変形率εn(L1)、εn(L2)、…とを上記数5に代入して
ゆくと、順次新たに引き上げ速度パターンfpn(
1)′、fpn( L2)′、…が設定される。このため、引
き上げられる単結晶Sn の変形率εn(L1)、εn(L2)、
…が設定変形率εO(Li)に一層近付くように修正される
と共に、これらの変形率εn(L1)、εn(L2)、…を満足
するそれぞれ最も速い引き上げ速度パターンfpn(
1)′、fpn( L2)′、…により単結晶Sn が引き上げ
られることとなる。この結果、OSFの密度を減少させ
ると共に、変形率εn(L1)、εn(L2)、…の変動を一層
少なくすることができ、歩留りや生産性がより向上し、
コストの一層の削減を図ることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は
実施の形態例1に係る単結晶引き上げ方法に用いられる
装置を模式的に示したブロック図であり、図中11は容
器を示している。容器11内の下部には略有底円筒形状
の坩堝12が配設されており、坩堝12は駆動装置(図
示せず)により回転させられるようになっている。坩堝
12の周囲にはこれと同心状にヒータ13が配設されて
おり、坩堝12内には例えばシリコン結晶用原料をヒー
タ13により溶融させた溶融液14が充填されている。
坩堝12の中心軸上には引き上げ軸16が配設されてお
り、引き上げ軸16下端部には種結晶16aが取り付け
られ、引き上げ軸16上端部側は駆動部17に接続され
ている。そして種結晶16aを溶融液14の表面に接触
させて駆動部17を作動させると、引き上げ軸16が回
転しつつ上昇し、溶融液14が凝固した単結晶Sn が成
長しつつ引き上げられるようになっている。また駆動部
17は演算処理部18に接続され、演算処理部18には
メモリ部18aが接続されており、メモリ部18aには
上記数3式、前バッチの実績引き上げ速度パターンf
pn-1(Li)、設定変形率εO(Li)、感度αSET(Li)、ゲ
インGSET(Li)及び変形率の計算式(((最大直径D
MAX−最小直径DMIN )/最小直径DMIN )×100
(%))が記憶されている。これら容器11、坩堝1
2、引き上げ軸16、駆動部17、演算処理部18、メ
モリ部18a等を含んで単結晶引き上げ装置10が構成
されている。
【0026】このように構成された装置10を用い、坩
堝12内に充填された溶融液14から単結晶Sn を引き
上げる場合、まず前バッチで引き上げられた単結晶S
n-1 の直径Dを所定引き上げ率Lごとに同一面内で複数
カ所測定し、これらの測定値を演算処理部18に入力す
る。すると演算処理部18において所定引き上げ率Lご
との最大直径DMAX 及び最小直径DMIN が求められた
後、前記変形率の計算式がメモリ部18aから呼び出さ
れ、この式に最大直径DMAX 及び最小直径DMIN が導入
されて変形率εn-1(Li)が演算される。次に演算処理部
18において前記数3式等がメモリ部18aから呼び出
され、この数3式に実績引き上げ速度パターンf
pn-1(Li)、変形率εn-1(Li)等が導入され、今回引き
上げる単結晶Sn 用の引き上げ速度パターンfpn(Li)
が演算される。次に駆動部17を作動させ、この引き上
げ速度パターンfpn(Li)に基づき引き上げ軸16を引
き上げて単結晶Sn を成長させる。引き上げ完了後、こ
の引き上げ速度パターンfpn(L)は実績引き上げ速度
パターンfpn-1(Li)としてメモリ部18aに記憶され
る。
【0027】上記説明から明らかなように、実施の形態
1に係る単結晶の引き上げ方法では、所定値に設定した
設定変形率εO(Li)、感度αSET(Li)及びゲインG
SET(Li)と、前バッチですでに引き上げた単結晶Sn-1
の変形率εn-1(Li)とを数3式に代入すると、新たに引
き上げ速度パターンfpn(Li)が設定される。このた
め、引き上げる単結晶Sn の変形率εn(Li)が設定変形
率εO(Li)に近付くように修正されると共に、この変形
率εn(Li)を満足する最も速い引き上げ速度パターンf
np(Li)により単結晶Sn が引き上げられる。この結
果、OSFの密度を減少させると共に、変形率εn(Li)
の変動を少なくすることができ、歩留りや生産性の向上
とコストの削減とを図ることができる。
【0028】図2は実施の形態2に係る単結晶引き上げ
方法に用いられる装置を模式的に示したブロック図であ
り、図中11は容器を示している。容器11の所定箇所
には石英ガラス製の観測窓11aが配設され、観測窓1
1aを挟んで単結晶Sn 下部の外周と対向する所定箇所
には1次元カメラまたは2次元カメラとしての光位置検
出センサ29が配設されている。光位置検出センサ29
は演算処理部28に接続されており、光位置検出センサ
29で検出された光位置に基づき、演算処理部28にお
いて複数箇所の直径D2 が測定され、この中から最大直
径D2MAX及び最小直径D2MINが求められるようになって
いる。また演算処理部28には駆動部17及びメモリ部
28aが接続されており、メモリ28aには上記数3、
数5式、前バッチの実績引き上げ速度パターンf
pn-1(Li)、設定変形率εO(Li)、感度αSET(Li)、α
ON(Li)、ゲインGSET(Li)、GON( Li)及び変形率の
計算式(((最大直径DMAX −最小直径DMIN )/最小
直径DMIN )×100(%))が記憶されている。その
他の構成は図1に示したものと同様であるので、ここで
はその構成の詳細な説明は省略することとする。これら
容器11、坩堝12、引き上げ軸16、駆動部17、演
算処理部28、メモリ部28a、光位置検出センサ29
等を含んで単結晶引き上げ装置20が構成されている。
【0029】このように構成された装置20を用い、坩
堝12内に充填された溶融液14から単結晶Sn を引き
上げる場合、実施例1に係る単結晶引き上げ方法の場合
と同様、まず前バッチで引き上げられた単結晶Sn-1
直径D1 を所定引き上げ率Lごとに同一面内で複数箇所
測定し、これらの測定値を演算処理部28に入力する。
すると演算処理部28において所定引き上げ率Lごとの
最大直径D1MAX及び最小直径D1MINが求められた後、前
記変形率の計算式がメモリ部28aから呼び出され、こ
の式に最大直径D1MAX及び最小直径D1MINが導入されて
変形率εn-1(Li)が演算される。次に演算処理部28に
おいて前記数3式等がメモリ部28aから呼び出され、
この数3式に実績引き上げ速度パターンfpn-1(Li)、
変形率εn-1(Li)等が導入され、引き上げ速度パターン
pn(Li)が演算された後、このパターンがメモリ部2
8aに記憶される。次に駆動部17を作動させ、引き上
げ速度パターンfpn(Li)に基づき単結晶Sn を回転さ
せつつ引き上げ始める。
【0030】次に引き上げ率がL1 のとき、光位置検出
センサ29を用い、単結晶Sn が1回転する間にこの外
周位置を複数回検出し、これらの位置信号を演算処理部
28に伝送する。するとこれらの位置信号に基づき、演
算処理部28において単結晶Sn の直径D2 が演算さ
れ、この中から最大直径D2MAX及び最小直径D2MINが決
定される。次に演算処理部28において前記変形率の計
算式がメモリ部28aから呼び出され、この式に最大直
径D2MAX及び最小直径D2MINが導入されて変形率εn(L
1)が演算される。次に演算処理部28において前記数5
式等がメモリ部28aから呼び出され、この式に引き上
げ前に設定した引き上げ速度パターンfpn(Li)、変形
率εn(L1)等が導入され、引き上げ速度パターンf
pn(Li)が補正されて引き上げ速度パターンf
pn(L1)′が求められる。次にこの引き上げ速度パター
ンfpn(L1)′に基づき駆動部17を駆動させて単結晶
n を引き上げる。同様にして変形率εn(L2)、εn(L
3)、…を順次求めてゆき、引き上げ速度パターンf
pn(Li)を補正した引き上げ速度パターンfpn
(L2)′、fpn (L3)′、…に基づき単結晶Sn を引き
上げる。
【0031】上記説明から明らかなように、実施の形態
2に係る単結晶の成長方法では、所定値に設定した設定
変形率εO(Li)、感度αON(Li)及びゲインGON( Li)
と、単結晶Sn の変形率εn(L1)、εn(L2)、…とを上
記数5式に代入してゆくと、順次新たに引き上げ速度パ
ターンfpn (L1)′、fpn (L2)′、…が設定される。
このため、引き上げられる単結晶Sn の変形率ε
n(L1)、εn(L2)、…が設定変形率εO(Li)に一層近付
くように修正されると共に、これらの変形率εn(L1)、
εn(L2)、…を満足するそれぞれ最も速い引き上げ速度
パターンfpn (L1)′、fpn (L2)′、…により単結晶
n が引き上げられる。この結果、OSFの密度を減少
させると共に、変形率εn(L1)、εn(L2)、…の変動を
一層少なくすることができ、歩留りや生産性がより向上
し、コストの一層の削減を図ることができる。
【0032】
【実施例及び比較例】以下に図1に示した装置を用い、
実施例1に係る単結晶引き上げ方法により単結晶を引き
上げた結果について説明する。引き上げ条件としては、
引き上げ速度設定変更区間を引き上げ率Li にして約1
0〜50%、制御距離を引き上げ率Li にして約4%と
し、また設定変形率εO(Li)を1.5%、感度αSET(L
i)を0.071、ゲインGSET(Li)を0.7にそれぞれ
設定した。なお比較例としては、安全係数を加味して比
較的遅い速度で引き上げる従来の単結晶引き上げ方法を
採用した。
【0033】図3は実施例1及び比較例に係る引き上げ
方法により単結晶を引き上げた結果を示した図であり、
(a)は変形率、(b)はOSFの密度、(c)は引き
上げ速度を示している。図3から明らかなように、比較
例に係る方法により引き上げた場合、単結晶の変形率は
約1.1〜1.4%の範囲で変動しており、また引き上
げ速度が遅く、OSFの密度が10〜37個/cm2
大きくばらついていた。一方、実施例1に係る方法によ
り引き上げた場合、単結晶の変形率は設定変形率εO(L
i)近傍に制御され、引き上げ速度が比較的に約+0.0
5mm/minほど速められ、またOSFの密度は5〜
17個/cm2 に減少させることができた。
【0034】以下に図2に示した装置を用い、実施例2
に係る単結晶引き上げ方法により単結晶を引き上げた結
果について説明する。引き上げ条件としては、引き上げ
速度設定変更区間を引き上げ率Li にして約10〜50
%とし、また設定変形率εO(Li)を実施例1の場合より
高い1.7%、ゲインGSET (Li)を0.7、ゲインG
ON(Li)を0.3、感度αSET(Li ) 、αON( Li)を各
0.071に設定した。また引き上げ速度パターンfpn
(Li)′は0.1%の引き上げ率Li ごとに求めた。な
お比較例としては、安全係数を加味して比較的遅い速度
で引き上げる従来の単結晶引き上げ方法を採用した。
【0035】図4は実施例2及び比較例に係る引き上げ
方法により単結晶を引き上げた結果を示した図であり、
(a)は変形率、(b)はOSFの密度、(c)は引き
上げ速度を示している。図4から明らかなように、比較
例に係る方法により引き上げた場合は図3に示した比較
例の場合と同様、変形率は約1.1〜1.4%の範囲で
変動しており、また引き上げ速度が遅く、OSFの密度
が10〜37個/cm2 と大きくばらついていた。一
方、実施例2に係る方法により引き上げた場合、単結晶
の変形率は設定変形率εO(Li)(1.7%)近傍に制御
され、引き上げ速度が約+0.06mm/minほど速
められ、OSFの密度は4〜8個/cm2に減少させる
ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態1の単結晶引き上げ方
法に用いられる装置を模式的に示したブロック図であ
る。
【図2】実施の形態2に係る単結晶引き上げ方法に用い
られる装置を模式的に示したブロック図である。
【図3】実施例1及び比較例に係る引き上げ方法により
単結晶を引き上げた結果を示した図であり、(a)は変
形率、(b)はOSFの密度、(c)は引き上げ速度の
変化を示している。
【図4】実施例2及び比較例に係る引き上げ方法により
単結晶を引き上げた結果を示した図であり、(a)は変
形率、(b)はOSFの密度、(c)は引き上げ速度を
示している。
【符号の説明】
10 単結晶引き上げ装置 12 坩堝 13 溶融液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏原 義之 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 前田 徳次 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友シチックス株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 坩堝内の溶融液から単結晶を引き上げる
    単結晶引き上げ方法において、前回バッチの単結晶の各
    部位における真円からのずれを求め、該ずれが許容範囲
    内に納まると共に、酸化誘起積層欠陥密度が小さくなる
    よう、できるだけ速い速度で引き上げられるように前記
    前回バッチの引き上げ速度パターンを更新して単結晶を
    引き上げることを特徴とする単結晶引き上げ方法。
  2. 【請求項2】 坩堝内の溶融液から単結晶を引き上げる
    単結晶引き上げ方法において、単結晶の引き上げ速度パ
    ターンを予め設定しておき、単結晶の引き上げ中に該単
    結晶の最大直径と最小直径とを1次元カメラまたは2次
    元カメラを用いて測定し、各部位における真円からのず
    れを求め、該ずれが許容範囲内に納まると共に、酸化誘
    起積層欠陥密度が小さくなるよう、できるだけ速い速度
    で引き上げられるように前記引き上げ速度パターンを順
    次補正しつつ前記単結晶を引き上げることを特徴とする
    単結晶引き上げ方法。
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